Исполнительные элементы автоматики.
•Исполнительные элементы по виду используемой энергии делятся на группы:
электрические, пневматические и гидравлические.
•Основные характеристики ИЭ:
•быстродействие, инерционность, зона нечувствительности;
•номинальные и максимальные значения мощности или производительности, вращающего момента на выходном валу или усилия на выходном штоке;
•точность отработки команды,
•энергопотребление и кпд,
•весогабаритные показатели на 1 единицу мощности,
•надежность.
•Так же как и у других элементов автоматики, и каждого типа ИЭ есть
статические и динамические характеристики. Для их получения
используют следующую модель ИЭ - это многополюсник, у которого выделяют
три группы параметров: входные, выходные и возмущения.
•
Модель исполнительного элемента: X-входные параметры, Y- выходные, Z- возмущения.
Выходной параметр Y есть функция, как входного параметра X, так и возмущения Z.
Y = F(X, Z).
При различных, но фиксированных (постоянных) значениях возмущения получаем семейство регулировочных статических характеристик.
Y = F1(X, Z=const).
При различных, но фиксированных (постоянных) значениях входного воздействия получаем семейство внешних (механических) статических характеристик.
Y = F2(Z, X =const).
Аналогично, получаем две передаточных функции: по задающему воздействию и по возмущению.
Wx(p)=Y(P)/X(p), Wz(p)=Y(P)/Z(p).
Двигатели постоянного тока.
В качестве исполнительных элементов во многих устройствах автоматики: в радиоэлектронных, оптических, механических, а также и портативных аппаратах,
снабжённых автономными источниками электрической энергии, широко используются электродвигатели постоянного тока. Эти двигатели имеет ряд преимуществ перед
другими видами ИЭ: линейность механических характеристик (ДПТ), хорошие регулировочные свойства, большой пусковой момент, высокое быстродействие, большой диапазон по мощность различных типов ДПТ и хорошие весогабаритные показатели.
Основным недостатком этих двигателей является наличие щеточно-коллекторного устройства, ограничивающего срок службы ДПТ и удорожающего обслуживания ДТП, вносящего дополнительные потери, являющегося источником помех и практически исключающего возможность использования ДПТ в условиях агрессивных и взрывоопасных сред.
Принцип действия ДПТ основан на взаимодействии тока проводников обмотки якоря с магнитным полем возбуждения, в результате чего на каждый проводник обмотки якоря действует электромеханическая сила, а совокупность сил, действующих на все активные проводники обмотки, образует электромагнитный момент машины. Совокупность сил действующих на все N проводников рамки приводит к возникновению результирующего электромагнитного момента машины.Любая машина постоянного тока обладает свойством обратимости, т.е. она может работать как в генераторном, так и в двигательном режиме при изменении знака момента нагрузки на ее валу или при изменении напряжения на якоре.
В зависимости от способа возбуждения различают ДПТ с независимым (или параллельным) возбуждением, с последовательным возбуждением и со смешанным возбуждением. Разновидностью независимого возбуждения является возбуждение от постоянных магнитов. Характерной особенностью таких двигателей является независимость тока возбуждения (и потока возбуждения) от тока якоря машины.
ДПТ с независимым возбуждением, а) параллельным,
Регулирование скорости ДПТ изменением сопротивления в цепи якоря и изменением потока возбуждения.
Схема регулирования скорости ДПТ путем изменением величины добавочного сопротивления, включённого последовательно в цепь якоря, и семейство
механических характеристик приведено на рисунке. Регулирование скорости ДПТ. изменением сопротивления в цепи якоря
С увеличением добавочного сопротивления с механической характеристики к оси абсцисс, при этом заданному моменту
нагрузки соответствуют различные скорости вращения ротора. Скорость холостого хода в данном случае не изменяется. Достоинством такого способа регулирования скорости является простота схемной и аппаратурной реализации, недостатком - большие потери энергии в добавочном сопротивлении, узкий диапазон регулирования скорости при малых моментах нагрузки и малая жесткость механических характеристик при больших сопротивлениях Rc. Регулировочная характеристика нелинейная.
Регулирование скорости ДПТ изменением сопротивления в цепи якоря и изменением потока возбуждения.
Регулирование скорости вращения изменением потока возбуждения (полюсное управление) можно осуществить по схеме:
Регулирование скорости ДПТ. изменением сопротивления
В цепь обмотки возбуждения включается добавочный реостат для регулирования тока возбуждения двигателя, напряжение на якоре остаётся при этом неизменным. В силу того, что Ф = К1*Iв, то при изменении Iв изменяется как скорость холостого хода, так и значение пускового момента Мп.
Асинхронные двигатели
Двигатели переменного тока делятся на синхронные и асинхронные двигатели. Асинхронные двигатели (АД) в свою очередь делятся на двух и трехфазные, из
которых в качестве исполнительных двигателей в системах автоматического управления в основном применяются маломощные двигатели до 300 Вт.
Их преимущества перед ДПТ: малая инерционность, бесконтактность, дешевизна.
Их недостатки в сравнении с ДПТ: большие тепловые потери, малый пусковой момент, нелинейные характеристики.
Синхронные двигатели
Синхронные двигатели СД небольшой мощности применяются в системах автоматики.
Поскольку в синхронных двигателях частота вращения жестко связана с частотой питания, такие двигатели применяются либо в системах, требующих строго постоянной частоты вращения, либо при частотном управлении скоростью.
В цифровых системах автоматики находят широкое применение шаговые двигатели, в обмотки статора которых поступают импульсы тока и при поступлении каждого импульсов происходит поворот ротора на определенный угол - двигатель совершает шаг.
К группе синхронных двигателей можно отнести также двигатели, частота питания которых зависит от частоты вращения - это так называемые вентильные двигатели.
Шаговые двигатели
Шаговыми двигателями называются синхронные двигатели, преобразующие команду, заданную в виде импульсов, в фиксированный угол поворота двигателя или в фиксированное положение подвижной части двигателя без датчиков обратной связи. Шаговый двигатель имеет не менее двух положений устойчивого равновесия ротора в пределах одного оборота.
Напряжение питания обмоток управления шагового двигателя представляет собой последовательность однополярных или двуполярных прямоугольных импульсов, поступающих от электронного коммутатора Результирующий угол соответствует числу переключений коммутатора, а частота вращения двигателя соответствует частоте переключений электронного коммутатора.
Принцип работы ШД.
Электромагнитные устройства автоматики.
К данной группе относят устройства, обеспечивающие коммутацию силовых и управляющих электрических цепей посредством механических контактов. К ним относят электромагнитное
реле постоянного и переменного тока, поляризованное реле, магнитные пускатели, контакторы, переключатели силовых цепей и т. д.
Электромагнитное реле постоянного и переменного тока Реле. Общие сведения
Релейный элемент - переключательное устройство с двумя или более состояниями устойчивого равновесия, каждое из которых может скачком сменяться другим под влиянием внешнего воздействия (управления).
Реле – устройство для автоматической коммутации электрических цепей по сигналу управления. Реле в системах управления часто являются одновременно усилителями и управляющими элементами для электродвигателей и исполнительных устройств. Электрическое реле в общем случае является промежуточным элементом, приводящим в действие одну или несколько управляемых электрических цепей